Transforming CO2 into advanced 3D printed carbon nanocomposites

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作者
Bradie S. Crandall,Matt S. Naughton,Soyeon Park,Jia Yu,Chunyan Zhang,Shima Mahtabian,Kaiying Wang,Xinhua Liang,Kun Fu,Feng Jiao
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:15 (1)
标识
DOI:10.1038/s41467-024-54957-w
摘要

The conversion of CO2 emissions into valuable 3D printed carbon-based materials offers a transformative strategy for climate mitigation and resource utilization. Here, we 3D print carbon nanocomposites from CO2 using an integrated system that electrochemically converts CO2 into CO, followed by a thermocatalytic process that synthesizes carbon nanotubes (CNTs) which are then 3D printed into high-density carbon nanocomposites. A 200 cm2 electrolyzer stack is integrated with a thermochemical reactor for more than 45 h of operation, cumulatively synthesizing 37 grams of CNTs from CO2. A techno-economic analysis indicates a 90% cost reduction in CNT production on an industrial scale compared to current benchmarks, underscoring the commercial viability of the system. A 3D printing process is developed that achieves a high nanocomposite CNT concentration (38 wt%) while enhancing composite structural attributes via CNT alignment. With the rapidly rising demand for carbon nanocomposites, this CO2-to-nanocomposite process can make a substantial impact on global carbon emission reduction efforts. This work develops a method to sequester carbon emissions into valuable 3D printed materials. By combining a reactor cascade with advanced additive manufacturing, this system offers the ability for carbon utilization at scale, a crucial step for addressing climate change.
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